DE102008056262B4

DE102008056262B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Absaugen von Bohrgut und Bohrschlamm

Info

Publication number: DE102008056262B4
Application number: DE102008056262A
Authority: DE
Inventors: Franz Hicker
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: DE102008056262A1

Abstract

Vorrichtung zum Absaugen von Bohrgut bei Bohrungen, die unter einem freien Wasserspiegel in den Boden abgeteuft werden und wie sie zur Herstellung von Auftriebsverankerungen von Unterwasserbetonsohlen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet,
dass auf der unter Wasser liegenden Bodenoberfläche (13) ein Behälter (1) angeordnet ist, der zumindest teilweise nach unten geöffnet ist und einen umlaufenden Rand (18) besitzt, der auf der Bodenoberfläche (13) aufsitzt und/oder zumindest teilweise in diese eindringt
und dass im inneren des Behälters (1) der Ansaugbereich (19) einer Pumpe (2) in der Nähe der Bodenoberfläche (13) angeordnet ist.
und dass sich die Pumpe (2) ganz oder teilweise im Inneren des Behälters (1) befindet.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und Verfahren zum Absaugen von Bohrgut und Bohrschlamm bei Bohrungen, die unter Wasser durchgeführt werden.
Um in Böden mit Grundwasser dichte Baugruben herstellen zu können, gibt es unterschiedliche Methoden zur Herstellung einer dichten Baugrubensohle.
Eine dieser Methoden ist die Unterwasser-Betonsohle.
Nach Herstellung der dichten Baugrubenumschließung aus überschnittenen Pfahlwänden, Spundwänden oder Schlitzwänden wird der Boden im Inneren der Baugrube entfernt, wobei der Aushub unter Wasser erfolgt.
Ist mit dem Aushub die Unterkante der Bodenplatte erreicht, so wird im Kontraktor-Verfahren die Bodenplatte unter Wasser betoniert.
Bei weniger tiefen Baugruben bzw. bei niedrigen Wasserständen kann dabei das Gewicht der Unterwasser-Betonsohle ausreichen, um den Auftriebskräften, die aufgrund der Wasserspiegel-Differenz innerhalb und außerhalb der Baugrube auftreten, entgegenzuwirken.
Bei tiefen Baugruben und hohem Grundwasserspiegel wird es notwendig, die Unterwasser-Betonsohle mit Pfählen oder Ankern gegen Auftrieb zu sichern.
Diese Auftriebsverankerung kann nach der Herstellung der Unterwasser-Betonsohle aber auch vor der Herstellung der Unterwasser-Betonsohle erfolgen.
Der geringere Aufwand ist gegeben, wenn die Herstellung der Auftriebspfähle oder Anker vor dem Einbringen der Unterwasser-Betonsohle erfolgt.
Die Rückverankerung der Unterwasser-Betonsohle erfolgt beispielsweise mit kleinen Bohrpfählen oder Stabverpresspfählen. Diese Pfähle reichen von der Baugrubensohle mehrere Meter in den darunter liegenden Boden.
Diese Bohrungen werden vom Ponton oder von Brücken aus abgebohrt. Dazu wird eine Verrohrung eingerüttelt oder drehbohrend eingebracht.
Beim Drehbohrverfahren wird der gelöste Boden mit Hilfe von Wasser- oder Bentonitspülung von der Bohrkrone bis zum Bohrlochmund gefördert.
Um die Bohrleistung zu beschleunigen, werden große Pumpmengen zum Spülen verwendet. Nach Erreichen der Endtiefe wird eine Bewehrung in die Verrohrung eingeführt, welche in die spätere Unterwasser-Betonsohle hineinragt. Diese Bewehrung besteht aus kleinen Körben oder bevorzugterweise aus Trägern oder Gewindestäben. Die Kraftübertragung in die Unterwasserbeton-Bodenplatte erfolgt über Verbund oder über Ankerplatten und Muttern. Nachdem die Bewehrung eingestellt ist, wird die Bohrung mit Zementleim oder Beton aufgefüllt und die Verrohrung zurückgezogen.
Bedingt durch die Drehbohr- und Spültechnik bei der Herstellung der Auftriebspfähle lagert sich das Bohrklein oder der Bohrschmand auf der unter Wasser liegenden Aushubsohle ab, das gleiche gilt auch für den überschüssigen Zementleim oder den Beton, der beim Zurückziehen der Pfahlverrohrung ausläuft, wenn die Verrohrung aus dem Bohrlochmund gezogen wird. Der Beton- oder Zementleim vermischt sich mit dem Bohrklein und lagert sich als Schlamm auf der Aushubsohle ab. Die entstehende Schlammschichtdicke kann mehrere Zentimeter bis Dezimeter betragen.
Diese Schlammschicht stellt ein großes Gefahrenpotential für die Herstellung der Unterwasser-Betonsohle dar. Beim Einbringen des Betons werden Schlammwalzen vor dem Beton hergeschoben und teilweise gelangt dieser Schlamm in den Beton und wird dort eingeschlossen. Auf diese Weise entstehen in der Unterwasser-Betonsohle Fehlstellen, durch die Wasser in die Baugrube eindringen kann bzw. im schlimmsten Falle kann eine Unterwasser-Betonsohle aufbrechen.
Während des Herstellens der Auftriebspfähle war es bisher sehr teuer und aufwendig, parallel den Schlamm von der Sohle aufzusaugen, da man nicht wusste, wohin sich dieser Schlamm ausbreitete.
So erfolgte die Schlammabsaugung mit Hilfe von Tauchern, was das Bauverfahren sehr verteuerte. Zudem arbeiteten die Taucher im trüben Wasser und das wirkte sich nachteilig auf den Erfolg des Schlammabsaugens aus.
Die DE 102006042046 zeigt eine Bohrvorrichtung, mit der Bohrschlamm abgepumpt werden kann. Diese Vorrichtung funktioniert jedoch nur an einer ebenen Oberfläche mit einer gewissen Stabilität.
Bei Unterwasserbohrungen ist die Oberfläche, aus der der Bohrschlamm austritt in der Regel unregelmäßig und besteht aus lockerem Bodenmaterial. Zu dem ist diese Technik nur bis zu Tiefen von 10 m einsetzbar, da der maximal aufbringbare Saugdruck nur 1 bar beträgt.
In der Ölbohrtechnik werden Vorrichtungen nach der EP 1084325 verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird in einer aufwendigen Technik im Bereich der Ansaugöffnung zuerst eine Verrohrung in den Boden eingedreht. Insbesondere bei gröberem Bohrgut besteht die Gefahr, dass sich Grobteile zwischen Bohrgestänge und Hülsenrohr absetzen und dies zu einer deutlichen Reibungserhöhung führt, was wiederum den Bohrfortschritt negativ beeinflusst.
Die Erfindung hat die Aufgabe, auf einfache Weise das Absaugen des Bohrgutes und der bei der Herstellung anfallenden Schlämme bereits während der Herstellung der Auftriebspfähle vorzunehmen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche.
Die Erfindung wird anhand von 1 erläutert.
Vor Beginn der Bohrarbeiten für die Auftriebspfähle wird auf der Aushubsohle 13 ein Behälter 1 abgesetzt. Dieser Behälter 1 ist unten vollständig oder zumindest teilweise offen.
Der Behälter 1 besitzt bevorzugterweise unten einen umlaufenden Rand 18, der entweder auf der Oberfläche der Aushubsohle 13 aufsitzt oder teilweise in diese Oberfläche eindringt. Dies ist abhängig wie eben die Oberfläche ist. Im Inneren des Behälters 1 befindet sich der Ansaugbereich 19 einer Saugpumpe und dieser Ansaugbereich ist höhenmäßig so angeordnet, dass er möglichst nah an der Oberfläche 13 des Aushubs liegt.
Bevorzugterweise ragt dieser Ansaugbereich 19 nicht über den umlaufenden Rand 18 des Behälters 1 nach unten hinaus.
An den Ansaugbereich 19 ist eine Saugpumpe 2 angeschlossen, welche wiederum über eine Schlauchleitung 4 bis in Bereiche oberhalb des Wasserspiegels 14 reicht.
Bevorzugterweise werden Tauchpumpen wie Kreiselpumpen verwendet, die elektrisch angetrieben werden und deren Versorgungskabel 5 in Bereiche oberhalb des Wasserspiegels reichen. Diese Pumpen nach dem Stand der Technik sind gut geeignet, Schlamm und Bohrklein abzusaugen und zu fördern.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante befinden sich die Saugpumpen 2 ganz im Inneren des Behälters 1 oder sie ragen teilweise aus dem Behälter 1 nach oben heraus.
An der Oberseite des Behälters 1 befindet sich mindestens eine Öffnung 3, durch welche die Verrohrung 6 durch den Behälter in den Baugrund unterhalb der Aushubsohle 13 eindringen kann.
Die Öffnung 3 wird bevorzugterweise rund ausgebildet und in Abmessungen, die etwas größer sind als der Durchmesser der Verrohrung bzw. dem Durchmesser des Bohrwerkzeuges 15 am Ende der Verrohrung.
Die Öffnung 3 sollte gegenüber dem Querschnitt des Bohrgestänges 6 nicht wesentlich größer sein, um zu verhindern, dass das aufgewirbelte Bohrgut 20, welches aus dem Bohrloch 8 austritt, nicht in die Wasserbereiche außerhalb des Behälters 1 gelangt.
In einer Ausführungsvariante befindet sich im Bereich der Öffnung 3 eine bevorzugterweise nachgiebige Dichtung 17, welche den Ringraum um das Gestänge 6 möglichst gut abschließt.
Ebenso zweckmäßig ist es, das Durchdringen der Oberseite des Behälters 1 durch die Pumpe 2 und deren Leitungen und Kabel abzudichten.
Um zu verhindern, dass das Bohrgut 9, welches sich im Inneren des Behälters 1 angesammelt hat, unterhalb des Randes 18 nach außen dringt, kann es zweckmäßig sein, dass im unteren Bereich der Seitenwandung des Behälters 1 Abdichtungselemente 12 angeordnet werden.
Diese können beispielsweise streifenförmige Gummielemente sein, welche sich auf die unregelmäßige Oberfläche der Aushubsohle 13 anlegen und so für eine bessere Dichtigkeit sorgen.
Der Bohrschlamm 9 kann unterschiedliche Zusammensetzung haben. Während des Abbohrens der Verrohrung 6 kann er Bentonit-Wasser und Bodenpartikeln bestehen. Nach Erreichen der Endtiefe kommt zum Bohrschlamm noch Beton oder Zementleim dazu, welcher zur Verfüllung der Bohrung 16 über die Verrohrung 6 eingebracht wird.
Besonders viel Bohrschlamm fällt in dem Augenblick an, in dem die Bohrkrone 15 beim Zurückziehen des Gestänges in den Bereich des Bohrlochmundes gelangt und der überschüssige Zement im Inneren des Rohres 6 in den Innenraum des Behälters 1 ausläuft. Das abgesaugte Bohrgut bzw. der Bohrschlamm wird über eine Leitung 4 in den Bereich oberhalb des Wasserspiegels 14 gebracht und von dort zu einer Regenerierungsanlage oder einem Absetzbecken gefördert.
In einer Regenerierungsanlage werden das Bohrklein und der Schlamm ausgesondert und die Bohrsuspension kann weiter verwendet werden.
In einer einfacheren Methode pumpt man den Schlamm und das Bohrklein in größere Absetzbecken oder Behälter. Da der Bohrschlamm mit zementhaltigen Bindemitteln vermischt ist, steift er an oder erhärtet und kann anschließend durch Ausbaggern der Absetzbecken entsorgt werden.
Von einer Brücke oder vom Ponton aus, auf dem das Bohrgerät steht, kann der Behälter 1 über Befestigungselemente 10 mittels Ketten oder Seilen an den Bohransatzpunkt abgesenkt werden.
In einer besonderen Ausführungsvariante kann der Behälter 1 auch gemeinsam mit dem Gestänge 6 abgelassen werden, wobei der Behälter 1 temporär mit dem Gestänge 6 kraftschlüssig verbunden wird.
Der Behälter 1 ist im Grundriss bevorzugterweise rund, oval oder polygonartig begrenzt. Bevorzugerweise ist der umlaufende Rand 18 in seinem Aufstandsbereich in einer Ebene, um ein möglichst gleichmäßiges Eindringen in die Oberfläche des Aushubhorizontes 13 zu ermöglichen.

Claims

Vorrichtung zum Absaugen von Bohrgut bei Bohrungen, die unter einem freien Wasserspiegel in den Boden abgeteuft werden und wie sie zur Herstellung von Auftriebsverankerungen von Unterwasserbetonsohlen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf der unter Wasser liegenden Bodenoberfläche (13) ein Behälter (1) angeordnet ist, der zumindest teilweise nach unten geöffnet ist und einen umlaufenden Rand (18) besitzt, der auf der Bodenoberfläche (13) aufsitzt und/oder zumindest teilweise in diese eindringt und dass im inneren des Behälters (1) der Ansaugbereich (19) einer Pumpe (2) in der Nähe der Bodenoberfläche (13) angeordnet ist. und dass sich die Pumpe (2) ganz oder teilweise im Inneren des Behälters (1) befindet.
Vorrichtung nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass von der Pumpe (2) eine Schlauchleitung (4) mindestens bis zur Wasseroberfläche (14) führt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des umlaufenden Randes (18) Abdichtungselemente (12) angeordnet sind, welche sich an die Bodenoberfläche (13) anpassen können und die Dichtigkeit erhöhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass am Behälter (1) Befestigungselemente (10) angeordnet sind, mit denen er auf die Bodenoberfläche (13) abgelassen werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass an der Öffnung (3) für das Bohrgestänge (6) Dichtungen (17) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) bevorzugt eine Tauchpumpe ist, wie z. B. eine Kreiselpumpe.
Verfahren zum Absaugen von Bohrgut bei Bohrungen, die unter einem freien Wasserspiegel in den Boden abgeteuft werden, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Absaugen während der Herstellung und/oder der Verfüllung der Bohrung erfolgt.